高中物理人教版选修3-2练习 第4章电磁感应4-7aWord版含解析

一、选择题(每小题6分，共60分)
1．著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示。在一块绝缘板的中部安装一个线圈，线圈接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来，忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是(　　)
A．圆盘将逆时针转动
B．圆盘将顺时针转动
C．圆盘不会转动
D．无法确定圆盘是否会动
答案　A
解析　线圈接通电源瞬间，产生向上的磁场，向上增大的磁场产生顺时针方向的感生电场，因为小球带负电，负电荷受到的电场力与电场方向相反，则有逆时针方向的电场力，故圆盘将沿逆时针方向转动。A正确。
2.(多选)如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是(　　)
A．探测器内的探测线圈会产生变化的磁场
B．只有有磁性的金属物才会被探测器探测到
C．探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流
D．探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流
答案　AD
解析　探测器内线圈通有变化电流产生变化磁场，若有金属，则金属中会产生涡流，涡流磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。A、D正确。
3．如图所示，使一个铜盘绕其竖直的轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘，则(　　)
A．铜盘转动将变慢
B．铜盘转动将变快
C．铜盘仍以原来的转速转动
D．铜盘的转动速度是否变化，要根据磁铁的上下两端的极性来决定
答案　A
解析　当一个蹄形磁铁移近铜盘时，铜盘转动切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知感应电流受的安培力阻碍其相对运动，所以铜盘的转动将变慢。A正确。
4．如图所示，蹄形磁铁的两极之间放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，当磁铁按图示方向绕OO′轴转动，线圈的运动情况是(　　)
A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同
B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同
C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁的转速
D．线圈静止不动
答案　C
解析　根据楞次定律可知，为了阻碍磁通量的变化，线圈的转动方向应该与蹄形磁铁的转动方向一致，但是线圈的转速应小于蹄形磁铁的转速，故C项正确。
5．(多选)机场、车站和重要活动场所的安检门都安装有金属探测器，其探测金属物的原理简化为：探测器中有一个通有交变电流的线圈，当线圈周围有金属物时，金属物中会产生涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使探测器报警。设线圈中交变电流的大小为I、频率为f，要提高探测器的灵敏度，可采取的措施是(　　)
A．增大I B．减小f
C．增大f D．同时减小I和f
答案　AC
解析　增大线圈中交变电流I的大小和频率f，可使金属物中产生的涡流增大，从而提高探测器的灵敏度，选项A、C正确。
6．如图所示为一光滑轨道，其中MN部分为一段对称的圆弧，两侧的直导轨与圆弧相切，MN部分有如图所示的匀强磁场，有一较小的金属盘如图放置在P点，将金属盘由静止自由释放，经很多次来回运动后，下列判断正确的是(　　)
A．金属盘仍能上升到与P等高处
B．金属盘最终将静止在最低点
C．金属盘上升的最大高度与MN等高
D．金属盘上升的最大高度一直在变小
答案　C
解析　金属盘进入和穿出磁场时，磁通量发生变化，产生涡流，机械能减少，机械能一部分转化为内能，所以金属盘不能上升到与P等高处，故A错误。随着最大高度不断降低，最终金属盘将在MN间做往复运动，磁通量不变，不产生涡流，机械能守恒，故B、D错误，C正确。
7．如图所示，光滑水平绝缘面上有两个金属环静止在平面上，环1竖直放置，环2水平放置，均处于平面中间分割线上，在平面中间分割线正上方有一条形磁铁，当磁铁沿中间分割线向右运动时，下列说法中正确的是(　　)
A．两环都向右运动
B．两环都向左运动
C．环1静止，环2向右运动
D．两环都静止
答案　C
解析　条形磁铁向右运动时，环1中磁通量为零不变，无感应电流，仍静止。环2中磁通量变化，根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动，故C项正确。
8.在水平面上放置两个完全相同的带中心轴的金属圆盘，它们彼此用导线把中心轴和对方圆盘的边缘相连接，组成电路如图所示，一匀强磁场穿过两圆盘垂直向外，若不计一切摩擦，当a盘在外力作用下做逆时针转动时，转盘b(　　)
A．沿与a盘相同的方向转动
B．沿与a盘相反的方向转动
C．转动的角速度可能大于a盘的角速度
D．转动的角速度可能等于a盘的角速度
答案　B
解析　如图所示，金属圆盘可看做由多根金属辐条组成，a盘在外力作用下逆时针转动时，圆盘切割磁感线，由右手定则判知，电动势方向为由O1→A，在闭合电路中有方向为O1AO2BO1的感应电流，而对b盘，由左手定则和能的转化和守恒定律判知，b盘顺时针转动且其转动的角速度一定小于a盘的角速度，选项B正确。
9．(多选)地球是一个巨大的磁体，具有金属外壳的人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动，若不能忽略所经之处地磁场的强弱差别，则(　　)
A．运行速率将越来越小
B．运行周期将越来越小
C．轨道半径将越来越小
D．向心加速度将越来越小
答案　BC
解析　卫星运动时，穿过卫星的磁通量发生变化，使卫星中产生感应电流，地磁场对卫星产生电磁阻尼作用，卫星速率减小而做向心运动，轨道半径越来越小，而轨道半径一旦减小，由G＝m可得速率将增大；由G＝mr可得周期将减小；由an＝G，可得向心加速度将增大，B、C项正确。
10．如图所示，一个铜质圆环，无初速度地自位置Ⅰ下落到位置Ⅱ，若圆环下落时其轴线与磁铁悬线重合，圆环面始终水平。位置Ⅰ与位置Ⅱ的高度差为h，则运动时间(　　)
A．等于 
B．大于 
C．小于 
D．无法判定
答案　B
解析　根据楞次定律，当圆环穿过磁铁的过程中，圆环中产生感应电动势和感应电流，会阻碍圆环相对于磁铁的运动，所以圆环向下运动的加速度小于重力加速度g，所以圆环下落的时间变长，即t> ，故B正确，A、C、D错误。
二、非选择题(共2小题，40分)
11．(20分)在现代家庭的厨房中，电磁炉(如图甲)是家庭主妇非常青睐的炊具，它具有热效率高、温控准确、安全性好、清洁卫生等特点。利用以下材料并结合已学习的电磁学知识分析、讨论相关问题。
如图乙所示是描述电磁炉工作原理的示意图。电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是随电流不断变化的，这个变化的磁场又会使放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便能起到加热物体的作用。
因为电磁炉是由电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。适合放在电磁炉上烹饪的器具有不锈钢锅、不锈钢壶、平底铁锅；不适用的有陶瓷锅、耐热玻璃锅、铝锅、铜锅等。
综合以上材料分析下列问题：
(1)在电磁炉加热食物的过程中涉及的物理原理有(回答三个即可)：
①_____________________________________________________ _________________；
②____________________________________________________ __________________；
③____________________________________________________ __________________。
(2)电磁炉的锅不能用陶瓷锅、耐热玻璃锅的原因是____________________；电磁炉所用的锅不能用铝锅、铜锅的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)在锅和电磁炉中间放一纸板，则电磁炉还能起到加热作用吗？为什么？
答案　见解析
解析　(1)①电流的磁效应(或电生磁)；②电磁感应现象(或磁生电)；③电流的热效应(或焦耳定律)。
(2)陶瓷和玻璃是绝缘体，不能产生电磁感应现象；铝、铜的导磁性太差，效率低。
(3)能起到加热作用，因为线圈产生的磁场能穿透纸板到达锅底，在锅底产生感应电流，利用电流的热效应起到加热作用。
12．(20分)如图，一直导体棒质量为m、长为l、电阻为r，其两端放在位于水平面内间距也为l的光滑平行导轨上，并与之紧密接触；导体棒左侧两导轨之间连接一可控制的负载电阻(图中未画出)；导轨置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨所在平面。开始时，给导体棒一个平行于导轨的初速度v0。在导体棒的运动速度由v0减小至v1的过程中，通过控制负载电阻的阻值使导体棒中的电流强度I保持恒定。导体棒一直在磁场中运动。若不计导轨电阻，求此过程中导体棒上感应电动势的平均值和负载电阻上消耗的平均功率。
答案　Bl(v0＋v1)　BIl(v0＋v1)－I2r
解析　导体棒所受的安培力为：F＝BIl①
根据题意可知，该力的大小不变，导体棒做匀减速直线运动，因此在导体棒的速度从v0减小到v1的过程中，平均速度为：
＝(v0＋v1)②
当导体棒的速度为v时，感应电动势的大小为：E＝Blv③
导体棒中的平均感应电动势为：＝Bl④
综合②④式可得：＝Bl(v0＋v1)⑤
导体棒中消耗的热功率为：P1＝I2r⑥
负载电阻上消耗的平均功率为：2＝I－P1⑦
由⑤⑥⑦式可得：2＝BIl(v0＋v1)－I2r。